luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Categories:

Михаил Ковальчук, Курчатовский институт — об атомной бомбе и революции в науке



Цивилизация стоит на пороге смены подхода к научным знаниям и развития принципиально новых технологий, основой которых станет слияние живой и неживой природы. Новые научные парадигмы позволят решить острую экологическую проблему исчезновения ресурсов. Немаловажную роль в решении проблемы играет российский Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт», ранее создавший первую в мире АЭС, атомные подлодки и ледоколы. Директор института Михаил Ковальчук рассказал «Хайтеку» о том, на какой стадии находится наука в целом, какое ее направление является на сегодня приоритетным для человечества и почему противостояние России и США играет важную роль в технологической революции.

Михаил Ковальчук — президент НИЦ «Курчатовский институт», глава Всероссийского общества изобретателей и рационализаторов, в прошлом — ученый секретарь Совета при президенте РФ по науке и образованию. Ведущий научно-популярных телевизионных проектов «Истории из будущего» и «Картина мира». Кавалер ордена «За заслуги перед Отечеством».

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт» — научный институт, основанный академиком И. В. Курчатовым в 1943 году. Курчатовский институт с первых дней занимался развитием ядерной энергетики. В центре разработано и собрано множество атомных установок: реакторы, электростанции, подводные лодки и ледоколы.

На что повлияло решение о создании атомной бомбы

— Сегодня наука во многом занимает главенствующую роль. Но что происходит с научными знаниями и институтами, если смотреть на них изнутри?

— Несомненно, наука сейчас претерпевает изменения. Чтобы понять, как это происходит, важно осознать ее нынешнее местоположение и грамотно расставить приоритеты. Такой подход касается абсолютно любого направления деятельности. Именно приоритеты помогают справляться со сложностями: ресурсными или финансовыми. Следующий важный шаг — понимание, что существует две категории приоритетов: тактические и стратегические. Первые относятся к определяющим и отвечающим за выживание. Тактические приоритеты обеспечивают эволюцию и модернизацию конкретных рынков или продуктов. Вторая категория приоритетов отвечает за долгосрочные цели, влияющие на будущее, и за создание принципиально новых технологий, переворачивающих все представления о привычном укладе жизни. Такие приоритеты не обсуждаются на старте, не имеют прогнозов и не привязываются к уже имеющимся конкретным товарам.

Но обе категории тесно взаимосвязаны в обществе, чему существует масса примеров в истории. Все мы прекрасно знаем, что 9 мая 1945 года мы победили в одной из самых тяжелейших войн. Победу нам обеспечило преимущество в оснащении войск. СССР стал самым значимым государством на тот момент, но спустя пару месяцев расстановка сил поменялась.

В августе того же года после страшных бомбардировок Хиросимы и Нагасаки стало понятно, для чего в годы сложнейшей войны советским правительством было принято решение о реализации ядерного оружия. Да, в период принятия этого решения невозможно было представить, что именно оно потом позволит решить судьбу всего Советского Союза. Если бы в военные годы не появился такой туманный и трудный в реализации приоритет, то, по планам американцев, мы бы были просто стерты с лица земли, и война оказалась бы выиграна зря.

Согласно ряду источников, 16 мая 1944 года Комитет начальников штабов США зачитал правительству доклад, в котором говорилось, что после окончания войны СССР станет мощной мировой державой. Это привело бы к столкновению экономических интересов СССР и США. Поэтому сразу после окончания Второй мировой войны правительство США поручило военным разработать план нападения на Советский Союз.

Было составлено много таких планов, но самым известным из них стал «Дропшот», утвержденный 19 декабря 1949 года. Предполагалось сбросить 300 атомных и 250 тыс. тонн обыкновенных бомб на территорию СССР, оккупировать ее и разделить на четыре части: Западная часть, Урал со Средней Азией, Сибирь и Дальний Восток. Однако в конце 1949 года в СССР тоже была создана собственная атомная бомба РДС-1. Американские военные аналитики пришли к выводу, что при нападении потери авиации составят 55%, СССР способен нанести ответный удар и дать отпор в сухопутных боях, поэтому все планы нападения были свернуты.

Атомные бомбардировки Хиросимы и Нагасаки произошли 6 и 9 августа 1945 года. Ядерные атаки, направленные против японских городов, осуществляли американские бомбардировщики. На Хиросиму была сброшена урановая бомба «Малыш» мощностью 13–18 килотонн тротила, а на Нагасаки — плутониевая бомба «Толстяк» мощностью 21 килотонна. После сброса бомб Хиросима и Нагасаки превратились в руины, а жители этих городов погибали страшной и мучительной смертью. Общее число жертв — больше 450 тыс. человек. В Хиросиме сразу от взрыва погибли, по разным оценкам, от 70 до 100 тыс. человек, в Нагасаки — около 70 тыс. В последующие годы люди продолжали умирать от лучевой болезни, данные о жертвах обновляются каждый год в дни взрывов. Например, на 2014 год общее число жертв в Хиросиме составило 292 325 человек, а в Нагасаки — 165 409 человек.


Хиросима после бомбардировки

— То есть каждый стратегический приоритет и результат его осуществления определит будущее целой цивилизации?

— Именно так, но в ситуации с американскими бомбардировками было лишь два выхода — либо отвечаем им, либо мы пропали. Естественно, цель создания ядерного оружия стала приоритетной без каких-либо обсуждений и прогнозов. 25 декабря 1946 года была запущена цепная реакция, которая продемонстрировала потенциал создания такого вида оружия. Спустя три года нам удалось показать миру собственные успехи и взорвать атомную бомбу, правда, испытаниями и ограничились, дабы не уподобляться нашим зарубежным противникам.

Позже, в 1954 году, Курчатову удалось создать и запустить в работу первую на планете атомную станцию. Именно это событие стало определяющим в развитии мировой атомной энергетики.

И это был следующий этап — термоядерная энергетика. Создание токамака в 50-х годах позволило использовать принцип магнитного удержания высокотемпературной плазмы. Токамак — это наше изобретение, но сегодня оно позволяет любой цивилизованной стране использовать этот прообраз энергетической машины, а значит, и новый вид передачи энергии без потерь в осуществлении движения самолетов, вертолетов и даже кораблей. Именно наша разработка сейчас позволяет активно развиваться отрасли термоядерной энергетики.

Следующим прорывом наших ученых стал спуск на воду в 1958 году первой советской атомной подводной лодки, получившей название «Ленинский комсомол», а спустя год вслед за ней и атомного ледокола.

25 декабря 1946 года на территории СССР был запущен первый в Европе атомный реактор. Он был построен под руководством академика Игоря Васильевича Курчатова. На его создание затратили огромные запасы урана и графита. Основной научной целью конструирования стала возможность отработки технологий получения плутония.

26 июня 1954 года в присутствии Курчатова была запущена первая в мире атомная электростанция. Она расположена в Калужской области, в городе Обнинске, и была подключена к общей электрической сети СССР. В 2002 году первая АЭС была закрыта.

Токамак, тороидальная камера с магнитными катушками — установка для магнитного удержания плазмы, что позволяет создать условия протекания управляемого ядерного синтеза. Такой синтез позволяет получать более тяжелые атомные ядра из легких с помощью реакции распада. Главным отличием и достоинством токамака, использующего магнитное поле, является применение электрического тока. В свою очередь, ток обеспечивает нагрев плазмы и удержание равновесия. Токамак-реактор на данный момент разрабатывается в рамках международного научного проекта ITER.



Первая атомная подводная лодка «Ленинский Комсомол» спущена на воду 9 октября 1957 года. Название лодка получила от одноименной подводной лодки Северного флота СССР. За годы службы «Ленинский Комсомол» побывал на многочисленных заданиях: исследование подо льдами Северного Ледовитого океана, несколько пересечений точки Северного полюса и одно всплытие в районе Северного полюса. Вывели подводную лодку из состава Северного флота лишь в 1991 году. В 2019 году было принято решение о консервации судна с последующим переоборудованием в музей.

Как возникла вычислительная математика и причем тут атомный проект

— Какие преимущества нам принесли сегодня эти фундаментальные достижения в науке и технике?

— Таких преимуществ огромное множество. Например, сегодня мы — единственная страна в мире, имеющая атомный ледокольный флот. Его наличие обеспечивает для нас доступ к высоким широтам, в которых находятся основные залежи углеводорода. Также мне недавно стало известно, что наша страна в целом располагает больше чем половиной от мирового ледокольного флота.

В составе ледокольного флота России 38 судов, 7 из них атомные. Для сравнения, у США всего 3 дизель-электрических ледокола, у Канады — 17, из которых функционируют 3 или 4, у Швеции и Финляндии — по 7, у Дании — 4, у Норвегии, Китая, Южной Кореи и Германии — по одному.

Новые подводные лодки-ледоколы, создаваемые в России, могут обслуживать подводные комплексы добычи нефти и газа и самостоятельно добывать эти полезные ископаемые. По инициативе нашего института сейчас запущена и эксплуатируется первая платформа с подобным предприятием.

Основной проблемой современного мира является необходимость обеспечения источниками мегаваттных мощностей, которые получают лишь из ядерных технологий. А значит, без ядерной энергетики невозможно осуществить освоение космоса.


Михаил Ковальчук. Фото: Открытые инновации

И самое распространенное, что можно упомянуть, — ваши гаджеты. Конечно, никто не задумывается, держа в руках новое чудо техники, что вычислительная математика, основа таких устройств, возникла в качестве дисциплины лишь из-за необходимости расчета характеристик нейтронных реакторов в 40-х в нашем институте. Именно так вычислительная математика стала основой развития будущей электроники, атомного и космического проектов.

Вычислительная математика — раздел математики, включающий задачи, связанные с использованием ЭВМ и компьютеров. К ней относятся построение и анализ математических моделей, разработка методов и алгоритмов решения задач, возникающих при исследовании моделей. В том числе со­вер­шен­ст­во­ва­ние ядер­но­го ору­жия долж­но опи­рать­ся на ре­зуль­та­ты ма­те­ма­тического мо­де­ли­ро­ва­ния про­цес­сов на ком­пь­ю­те­рах.

В процессе создания атомной бомбы в Курчатовском институте работы проводились вручную на электронно-механических машинах, поставляемых по репарации из Германии. Были важны теоретические исследования, но тогда вузы и техникумы не готовили специалистов по высшей математики. Теоретические исследования для будущих расчетов проводили обычные математики, механики, метеорологи и другие специалисты из разных сфер, которым на ходу приходилось переучиваться. В результате академик Соболев открыл первую в СССР кафедру вычислительной математики на механико-математическом факультете МГУ, а его коллеги Келдыш и Лаврентьев занялись созданием первых ЭВМ.

Мы должны понимать, что обязаны нынешним прогрессом только атомному проекту. И прежде всего связано это с подписанием соглашения о запрете ядерных испытаний. Перспектива деградации в области ядерного оружия переключила взор ученых на совершенствование компьютерных технологий.

5 августа 1963 года в Москве был подписан договор о запрете испытаний ядерного оружия. Соглашение подписали СССР, США и Великобритания. Документ запрещает проведение испытаний в атмосфере, космосе и подводном пространстве. Уже 10 октября 1963 года договор открыли для подписания другим странами. На данный момент участниками соглашения является 131 государство.

— Существуют ли подобные примеры появления новых областей знаний на основе уже имеющихся?

— На сегодняшний день мы являемся одной из ключевых стран в развитии области материаловедения. Это направление возникло из необходимости создания новых материалов для космических проектов, способных работать в экстремальных условиях: радиация, большие скачки температуры и другие факторы.

Ярким примером может служить турбина двигателя самолета. Всего три страны имеют компетенции для выпуска подобных деталей. Если, к примеру, американские ученые, закупив наши двигатели, попытаются понять его устройство и разберут двигатель, то восстановить уже не смогут. Связано это с тем, что только единицы мировых держав способны на создание таких сложных структур, и это достойно уважения.

В создании ядерного оружия важными являются материалы, способные к делению. Таких материалов среди природных аналогов либо не было, либо их свойства недостаточно устраивали ученых, что и стало первостепенной задачей области материаловедения.

Например, для улучшения деления урана-235 академик из нашего института Михаил Николаевич Тихомиров решил создать технологию по обогащению. Именно эта технология вывела страну на уровень крупнейшего мирового поставщика обогащенного топлива. С другой стороны, нужно было разработать искусственные материалы, способные к делению, например, плутоний, что потребовало создать целый ряд приборов, необходимых для атомного проекта.

Обогащение урана — технологический процесс, позволяющий увеличить массовую долю изотопа урана-235. В промышленных масштабах обогащение осуществляется при помощи газа гексафторида урана UF6 методами электромагнитного разделения изотопов, газовой диффузии (UF6 нагревают и пропускают через специальный фильтр), аэродинамической сепарации (завихрение газа в специальной форсунке), газового центрифугирования (разделение за счет центробежных сил в зависимости от абсолютной разницы в массе), лазерного обогащения (лазеры в парах урана возбуждают атомы урана-235, затем ионизированные атомы удаляются с помощью электрического или магнитного поля). В природе он содержится в обедненном виде с массовой долей 0,72%. Такой вид урана обладает цепной реакцией деления и относительной стабильностью, что и привлекло внимание ученых. В настоящий момент топливо для ядерных реакторов создается именно из этого материала.

Сегодня нужно четко понимать, что Россия и Америка — страны, способные к созданию таких технологий, и именно мы обладаем главными компетенциями, в отличие от других стран, что делает нас «ключевыми фигурами этой игры». Важно также понимать, что наша конкурентоспособность в таких сложных высокотехнических сферах зависит напрямую от наличия актуального атомного оружия, которое и определяет нашу суверенность.

Ресурсная катастрофа: сценарий решения проблемы

— Что, помимо угрозы атомного оружия, может иметь катастрофические последствия для мира в целом?

— В настоящий момент появляется угрожающая тенденция, глобальный вызов перед цивилизацией, который опасен именно своей незаметностью. Я говорю об исчерпаемости ресурсов: энергия, вода и площадь для посева. Среди этих ресурсов важна энергетика, так как в процессе купли-продажи среди стран запас истощается, что непременно приведет к его исчезновению. У каждой страны на данный момент приоритетным становится стремление остановить истощение. Мировая политика также определяется борьбой среди государств за ресурсы.

Проблема исчерпаемости природных ресурсов заключается в том, что многие из них не имеют характера восстановления — или имеют, но он не сопоставим с объемами потребления. Экологи прогнозируют, что в ближайшее время планету захлестнет кризис нехватки ресурсов: например, нефтяные запасы иссякнут через 50 лет, природный газ — через 55, а уголь — через 150.

Всё большее число государств начинает использовать альтернативные источники энергии: энергию солнца, ветра, воды, тепло земли и биотопливо. Энергия солнца используется для выработки электрической и тепловой энергии, для этого создаются электростанции на солнечных батареях и солнечные коллекторы, преобразующие солнечную энергию в тепловую для теплоносителя. Ветровая энергетика заключается в преобразовании кинетической энергии ветра в электричество, основа установок — ветровой генератор. Сила воды используется на гидроэлектростанциях: вода воздействует на лопасти турбины, вырабатывающей электричество, также строятся приливные станции, использующие энергию приливов и отливов воды в море или океане. Для преобразования в электрическую и тепловую энергию тепла земли используются тепловые насосы. Биотопливо образуется в результате переработки органических веществ.

— Почему человечество оказалось в этой ситуации?

— Конечно, вам известен замкнутый естественный круговорот ресурсов. Природа сама по себе существует миллиарды лет и не истощается. Когда-то и мы входили в систему природы. Мы были частью системы, работающей за счет солнечной энергии. Листья «питались» солнечными лучами, а жизнь человека зависела от солнца и его «мускульной силы». Позже появились источники энергии, которые, в свою очередь, использовали ресурсы в огромном количестве. Спустя 200 лет мы оказались в самой гуще ресурсной катастрофы. Самое печальное то, что виноват сам человек, построивший техносферу, антагоничную природе.

В природе все вещества движутся по замкнутому циклу, проходят приблизительно такой путь: в виде пищи потребляются организмом, выделяются в окружающую среду, опять приобщаются к процессам жизнедеятельности организма. Благодаря этому химические вещества в природе остаются возобновляемыми.

Прогнозы по ситуации с ресурсами сейчас неутешительны: если не сбавить обороты, то мы придем к кровавой бойне за ресурсы и существованию в мире, где просто невозможно выжить современному человеку. Конечно, существует возможность уже сейчас начать создавать природоподобную техносферу, чтобы не нарушать естественный ход вещей. В создании такой концепции необходим симбиоз науки и технологии, точнее, интегрирование технологических систем в естественный ресурсооборот.

Еще пять лет тому назад президент России при обсуждении Киотского протокола о выбросах парниковых газов сказал, что не имеет смысла заниматься только лишь частичным решением экологических проблем цивилизации. Нам решительно необходимо принципиально по-новому подходить к созданию природоподобных технологий и находить возможность гармоничного сосуществования.

В декабре 1997 года в Киото принято международное соглашение, по которому все развитые страны обязуются сократить или стабилизировать выбросы парниковых газов. Киотский протокол считается первым мировым соглашением, регулирующим охрану окружающей среды. Документ регламентирует снижение выбросов 6 видов газов: метан, углекислый газ, фторуглероды, гексафторид, закись азота и фторуглеводороды. На данный момент в Киотском соглашении участвует 192 государства.

12 декабря 2015 года в Париже было принято новое соглашение по климату, которое должно было заменить Киотский протокол, действие которого заканчивается в 2020 году. Парижское соглашение включает требования к сокращению выбросов парниковых газов в отношении всех государств, количественных ограничений по выбросам нет, не прописан механизм строгого контроля за его соблюдением и меры принуждения по его исполнению, а также создается экономический инструмент, позволяющий странам финансировать проекты по снижению выбросов друг у друга.

Новый взгляд научного сообщества

— С чем же связан наш ошибочный подход к техносфере?

— Для ответа на этот вопрос лучше подойти с философской точки зрения к самому началу освоения мира. Много лет тому назад, во времена Ньютона, человеку был интересен мир и его устройство, но ничего не поняв, он его обожествил. Следующим шагом стало деление огромного большого мира на малые части, с которыми сложностей уже не возникало. В результате возникла узконаправленная наука и такая же экономика, что не соответствует реальности. С одной стороны, человечество получило огромное количество знаний, из которых построило систему. С другой же — в результате дробления информации о мире каждый специалист настолько узко направлен, что совершенно не воспринимает картину мира рядом находящегося представителя другой отрасли.

Объяснить такое явление достаточно просто на примере: если воспринимать абстрактные, рядом стоящие столбики в качестве направления подготовки специалистов, то с появлением нового направления просто добавляется еще один столбик.

Когда возникли ИТ, то столбик добавился, но рассматривать их как отрасль нельзя, так как это структура, стоящая над отраслями, и весь прогресс данной сферы напрямую зависит от компьютера.


Также в дальнейшем поступили и с нанотехнологиями. В данном случае ошибка была в том, что нанотехнологии требуется рассматривать как методологию конструирования материалов различных типов путем атомного и молекулярного регулирования. А значит, это также надотраслевая структура. Таким образом, ИТ и нанотехнологии правильно рассматривать как части, образующие вместе более полную картину.

Когда-то была одна наука — естествознание, но в результате разделения появилась масса отдельных дисциплин. Сейчас наступила эпоха слияния этого множества естественных и гуманитарных наук воедино. Мы становимся свидетелями перенесения неживого на живое, слияния этих состояний.

— Как же технически осуществить такое слияние? Что в этом ключе делается непосредственно в Курчатовском институте?

— Нынешний этап науки заключается в переходе от анализа к синтезу изученного. Это как пазл, нужно лишь собрать картинку из множества дисциплин. Зная каждый «пазл», мы сможем получить новую картину мира, что и определяет современный тренд науки.

Главное же в этом соединении — нанотехнологии, позволяющие сконструировать требуемый неорганический материал, а дальше, как слоеный пирог, можно добавлять биотехнологию для создания гибридной полупроводниковой подложки. Следующая дисциплина — ИТ, для проектирования интегральной микросхемы. И, наконец, когнитивные технологии — для одушевления системы.

Исходя из этого, в Курчатовском институте существует отдел гуманитарных технологий. Им управляет доктор Яцишина, она отвечает за одушевления новые технологии.

Например, при создании коллектива роботов достигается цель создания рабочей силы, а для удешевления понадобится разобраться в психологии и социологии роя или муравьиной стаи. В таком деле всё будет зависеть от цели создания системы. В Курчатовском институте уже создан уникальный комплекс для создания структур природоподобного типа.

Tags: интервью
Subscribe

Posts from This Journal “интервью” Tag

promo luckyea77 june 21, 2015 20:04 30
Buy for 10 tokens
В этой записи я буду давать ссылки на посты с лекциями и уроками в этом блоге: Учебные материалы и тесты: 11 ресурсов для бесплатного образования Проект "Лучшие кадры лучшей страны" Онлайн-курсы по высоким технологиям и инновациям Дистанционное образование в России (среднее профессиональное…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 3 comments